盾構(gòu)區(qū)間下穿高速公路立交橋施工技術(shù)

1、摘 要:深圳地鐵 5 號(hào)線洪浪興東盾構(gòu)區(qū)間下穿廣深高速公路立交橋，立交橋?yàn)殡p幅橋梁，1. 2 m 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁底巖層為全風(fēng)化花崗巖，樁基為摩擦樁，隧道結(jié)構(gòu)邊緣與橋樁外側(cè)最小凈距為 1. 6 m。本文通過(guò)理論計(jì)算分析了盾構(gòu)施工期間對(duì)橋樁的影響，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提出盾構(gòu)區(qū)間下穿立交橋的相關(guān)施工技術(shù)措施，并結(jié)合施工過(guò)程中采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的正確性及施工方案的可行性。關(guān)鍵詞:盾構(gòu)區(qū)間 立交橋樁基 施工技術(shù)1工程概況 深圳地鐵 5 號(hào)線洪浪興東盾構(gòu)區(qū)間在 DK7 +135. 00DK7 + 164. 37 段下穿廣深高速公路立交橋。左線隧道外邊緣與橋樁最小凈距約為 1. 6 m，右

2、線隧道外邊緣與橋墩最小凈距均為 4. 4 m。其位置關(guān)系見(jiàn)圖 1。 高速公路立交橋?yàn)殡p幅橋梁，上部結(jié)構(gòu)為 3 × 16m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板，下部結(jié)構(gòu)為三柱蓋梁、?120 cm 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁底巖層為全風(fēng)化花崗巖，樁基為摩擦樁。立交橋橋臺(tái)下樁基底高程為 6. 247m，樁長(zhǎng)為 17 m; 橋墩下樁基底高程為 10. 247 m，樁長(zhǎng)為 20 m。 洪浪興東地鐵盾構(gòu)區(qū)間左線始發(fā)端距離橋樁為373 m，右線始發(fā)端距離橋樁為 113 m。線路與廣深高速相交段縱向?yàn)?17下坡，線路平面在過(guò)廣深高速之前均為直線段，在過(guò)廣深高速 19 m 之后進(jìn)入一段長(zhǎng)30 m 的緩和曲線。 盾構(gòu)區(qū)間圓

3、形隧道外徑為6. 0 m，內(nèi)徑 5. 4 m，管片厚度為0. 3 m，管片寬度1. 5 m，分塊數(shù)為6 塊( 管片由1塊封頂塊、2 塊連接塊、3 塊標(biāo)準(zhǔn)塊構(gòu)成) 。環(huán)間采用錯(cuò)縫拼裝。管片混凝土等級(jí)為 C50，抗?jié)B等級(jí)為 P10。 右線隧道距高速橋樁較遠(yuǎn)，且已安全穿越橋樁，左線隧道距離橋樁凈距較小，需要進(jìn)行理論分析后確定穿越方案。 隧道洞深范圍主要為礫質(zhì)黏土層，拱頂?shù)貙雍穸葹?9. 4 m，主要由花崗巖風(fēng)化殘積層組成，含約 20% 25% 的石英質(zhì)礫石。上層覆蓋約 2. 0 m 素填土，向下依次為淤泥粉細(xì)砂、亞黏土、黏土，下臥全風(fēng)化和中風(fēng)化花崗巖。盾構(gòu)隧道穿越廣深立交橋地段時(shí)左線隧道穿過(guò)礫質(zhì)黏性

4、土土體。右線隧道上斷面一小部分?jǐn)嗝娲┻^(guò)礫質(zhì)黏性土土體，其余斷面穿過(guò)全風(fēng)化花崗巖土體。其地層參數(shù)見(jiàn)表 1。2計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果分析2. 1計(jì)算模型 根據(jù)隧道空間位置和地質(zhì)情況建立三維有限元模型進(jìn)行分析，整體模型高度為 60 m，寬度為 100 m，沿盾構(gòu)方向長(zhǎng)度為 92 m( 其中到達(dá)橋墩樁基位置前的長(zhǎng)度為 30 m、橋面下方長(zhǎng)度為 32 m、離開(kāi)橋墩樁基位置前的長(zhǎng)度為 30 m) 。荷載步驟按盾構(gòu)向前推進(jìn)一環(huán)襯砌的距離擬定。整體有限元模型如圖 2 和圖 3 所示。2. 2計(jì)算結(jié)果及分析 按照逐步開(kāi)挖直至離開(kāi)橋樁后進(jìn)行模擬計(jì)算，當(dāng)開(kāi)挖至離第 1 根樁沿盾構(gòu)軸向距離為 1. 5 m 時(shí)，計(jì)算結(jié)果如

5、圖 4 和圖 5。當(dāng)開(kāi)挖至第 7 個(gè) 4. 5 m 時(shí)( 通過(guò)橋墩下方樁基位置) 時(shí)，計(jì)算結(jié)果如圖 6 圖 7 所示。從盾構(gòu)下穿橋樁施工過(guò)程的模擬計(jì)算分析結(jié)果可知，在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)橋樁基礎(chǔ)的過(guò)程中，計(jì)算所得的樁基的水平位移 2 mm、豎向位移 2 mm，橋樁不均勻沉降最大為 1 mm，地表沉降為 5 mm，滿足橋梁的沉降控制值( 10 mm) ，不需要對(duì)橋梁樁基進(jìn)行加固處理。3施工控制措施及監(jiān)測(cè)3 1施工措施 由理論計(jì)算結(jié)果分析可知，左線通過(guò)時(shí)不需要預(yù)先對(duì)橋梁進(jìn)行加固處理，但考慮到橋梁的施工質(zhì)量、使用年限、橋梁樁基施工對(duì)地層的擾動(dòng)等不確定性因素影響，對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程需要做到精益求精。施工需從盾構(gòu)機(jī)刀

6、盤(pán)配置、掘進(jìn)控制、施工監(jiān)測(cè)等方面嚴(yán)格控制，以保證盾構(gòu)安全通過(guò)。3. 1. 1刀盤(pán)配置 刀盤(pán)的設(shè)計(jì)布局及刀具的選用對(duì)盾構(gòu)機(jī)的開(kāi)挖效率起著十分重要的作用，根據(jù)地質(zhì)情況( 可能會(huì)遇到孤石) ，采用齒刀、滾刀和刮刀混合配置的組合方案，既能有效開(kāi)挖各種淤泥、砂土、黏土，又能適應(yīng)各種風(fēng)化程度的風(fēng)化巖等。3. 1. 2掘進(jìn)控制 1) 通過(guò)前的準(zhǔn)備工作 在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)前 15 m 即 DK7 +179 時(shí)，全面檢修盾構(gòu)機(jī)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)存在的一些問(wèn)題徹底解決，為盾構(gòu)機(jī)過(guò)橋樁做好準(zhǔn)備。在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)前，做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，并取得原始數(shù)據(jù)。 對(duì)前期掘進(jìn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并與通過(guò)立交橋前的數(shù)據(jù)相比較，看推力、扭矩、掘進(jìn)速度等數(shù)據(jù)是否

7、有突變及異常，結(jié)合推進(jìn)過(guò)程中的異常情況和渣土的性狀分析，判斷是否遇見(jiàn)孤石。 對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行比較，如果出現(xiàn)刀盤(pán)扭矩顯著增大、推進(jìn)速度降低、推力增大的情況，且出渣溫度過(guò)高( 50 ) ，則可判斷刀盤(pán)或者土倉(cāng)內(nèi)已結(jié)泥餅，應(yīng)立刻采取措施進(jìn)行處理。 2) 掘進(jìn)參數(shù)控制 盾構(gòu)通過(guò)樁基時(shí)，嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)以及管片拼裝、注漿質(zhì)量，保證盾構(gòu)平穩(wěn)、順利通過(guò)，并將地表及橋樁沉降控制在允許值之內(nèi)。 在盾構(gòu)機(jī)距離鉆孔樁15 m 時(shí)降低推進(jìn)速度，將掘進(jìn)速度控制在 20 40 mm/min，以便保證出土量、正面土壓力及注漿均勻、及時(shí)。 嚴(yán)格控制正面土壓力、注漿量和注漿壓力。 加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的地質(zhì)預(yù)測(cè)和泥土管理，特別是在黏性

8、土中掘進(jìn)時(shí)，更加密切注意開(kāi)挖面的地質(zhì)情況和刀盤(pán)的工作狀態(tài)。增加刀盤(pán)前部中心部位泡沫、膨潤(rùn)土注入量和選擇比較大的泡沫加入比例，減少渣土的黏附性，降低泥餅產(chǎn)生的機(jī)率。一旦產(chǎn)生泥餅，及時(shí)采取對(duì)策，必要時(shí)采用人工處理的方式清除泥餅。必要時(shí)螺旋輸送機(jī)內(nèi)也要加入泡沫，以增加渣土的流動(dòng)性，利于渣土的排出。 3) 加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè) 盾構(gòu)下穿該橋時(shí)必須加強(qiáng)對(duì)地面監(jiān)測(cè)。原則上在盾構(gòu)推進(jìn)軸線上每 5 m 布置一個(gè)地面沉降觀測(cè)點(diǎn)，但是廣深立交橋下車(chē)流量很大，監(jiān)測(cè)很難實(shí)施。所以觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在人行道上或設(shè)在廣深立交橋的橋墩防撞墻上。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)在立交橋的橋墩設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。對(duì)橋墩前后15 m 的地面觀測(cè)點(diǎn)和橋墩、蓋梁的沉降點(diǎn)要加大觀

9、測(cè)頻率，要求每天觀測(cè) 3 次，直至地面、橋墩、蓋梁沉降穩(wěn)定為止。 4) 其他注意事項(xiàng) 在穿越樁基礎(chǔ)之前提前檢查刀具，對(duì)刀具的磨損應(yīng)有一個(gè)正確的估計(jì)。確保盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中盾尾不漏漿，防止由于漏漿導(dǎo)致的注漿不足，導(dǎo)致沉降變大。各工種協(xié)同工作，避免各行其事。加強(qiáng)穿越期間的質(zhì)量、安全管理工作。盾構(gòu)穿越前嚴(yán)格控制軸線偏差，如發(fā)生偏差及時(shí)糾偏，做好施工應(yīng)急預(yù)案。 為保證穿越安全，對(duì)廣深高速公路立交橋進(jìn)行了第三方監(jiān)測(cè)。測(cè)點(diǎn)布置如圖 8。根據(jù)以上的理論計(jì)算結(jié)果及施工、監(jiān)測(cè)措施，盾構(gòu)區(qū)間左線已安全順利通過(guò)橋樁。第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，穿越過(guò)程中橋墩的最大沉降發(fā)生在 QD5-2 處，為 4. 97 mm( 盾構(gòu)完全穿越后脫出盾尾位置) ，滿足廣深高速橋梁最大沉降允許值。4結(jié)語(yǔ) 1) 對(duì)于在黏性土層中的盾構(gòu)區(qū)間，下穿摩擦樁凈距1. 4 m 時(shí)，不用對(duì)橋梁上部或下部進(jìn)行預(yù)加固處理即可安全通過(guò)。 2) 在盾構(gòu)下穿的過(guò)程中，二次注漿、土壓力的控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控起到了關(guān)鍵作用。 3) 在盾構(gòu)下穿前與產(chǎn)權(quán)單位的溝通協(xié)調(diào)是盾構(gòu)下穿的必要條件。應(yīng)與產(chǎn)權(quán)單位協(xié)調(diào)，委托第三方鑒定單位對(duì)被穿越的橋梁進(jìn)行安全鑒定，摸清橋梁的工作現(xiàn)狀、病害等，根據(jù)鑒定結(jié)果確定是否進(jìn)行橋梁預(yù)加固和病害處理，同時(shí)根據(jù)鑒定結(jié)論制定橋梁變形的控制指標(biāo)。必須參